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秦岭终南山公路隧道大埋深段施工监控量测与数值分析

作　者: 胡健
导　师: 陈建勋
学　校: 长安大学
专　业: 桥梁与隧道工程
关键词: 公路隧道监控量测大埋深有限元安全系数
分类号: U456.3
类　型: 硕士论文
年　份: 2008年
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内容摘要

随着我国交通建设的发展,特别是西部大开发战略的实施,公路隧道方案在山区和丘陵地区高速公路建设中日益引起重视,一些大埋深、大跨度的隧道相继出现。为了探求大埋深条件下,隧道施工过程中围岩及支护衬砌结构的力学性态和安全性,以世界规模第一、长度第二的秦岭终南山公路隧道为依托,结合隧道的地质条件和工程条件,选择了东西线两个大埋深试验段,进行了施工监控量测和数值模拟分析。首先,对隧道结构力学状态和稳定性进行了现场测试。量测内容包括围岩压力、围岩内部位移、初期支护净空收敛、型钢钢架应力、喷射混凝土应力、锚杆轴力、初期支护与二次衬砌间的接触压力、二次衬砌混凝土应力及二次衬砌净空收敛等;同时对量测布置与实施过程中碰到的几个问题进行了思考和探讨。其次,应用有限元分析软件(MIDAS/GTS)对施工过程进行了数值模拟,分析了初期支护及二次衬砌变形和受力的特点。最后,通过现场监测数据和有限元数值模拟计算结果进行分析对比,对隧道围岩的稳定性与支护衬砌结构的安全性进行了评定。监测及计算结果表明,大埋深条件下,型钢钢架和喷射混凝土为主要受力结构,尤其是型钢钢架受力较大,作用显著;二次衬砌受力安全,工作状态良好,有足够的安全储备。

全文目录

摘要  4-5
Abstract  5-9
第一章绪论  9-14
  1.1 前言  9
  1.2 发展概况  9-13
  1.3 本文研究主要内容  13-14
第二章现场监控量测的布置与测试  14-28
  2.1 依托工程概况  14-15
    2.1.1 秦岭终南山公路隧道概况  14
    2.1.2 工程地质与水文地质条件  14-15
  2.2 监控量测的内容与手段  15-16
  2.3 监控量测的布置  16-21
    2.3.1 试验段的选定  16-17
    2.3.2 监测断面及量测探头的布置  17-19
    2.3.3 量测探头的埋设  19-21
    2.3.4 量测线头的保护  21
  2.4 数据的采集与整理  21-22
  2.5 量测中的几个问题  22-28
第三章支护衬砌稳定性及其效果的判别标准  28-31
  3.1 初期支护围岩稳定性及支护效果的判别标准  28-30
    3.1.1 初期支护净空收敛的判别标准  28-29
    3.1.2 喷射混凝土可靠性的判别标准  29
    3.1.3 型钢钢架可靠性的判别标准  29
    3.1.4 锚杆可靠性的判别标准  29-30
  3.2 二次衬砌稳定性及衬砌效果的判别标准  30-31
    3.2.1 二次衬砌净空收敛的判别标准  30
    3.2.2 围岩压力的判别标准  30
    3.2.3 二次衬砌可靠性的判别标准  30-31
第四章现场监控量测的结果与分析  31-52
  4.1 东线初期支护监控量测的结果与分析  31-38
    4.1.1 围岩压力  31-32
    4.1.2 喷射混凝土应力  32-33
    4.1.3 钢架应力  33-36
    4.1.4 锚杆轴力  36-37
    4.1.5 净空收敛  37-38
  4.2 西线初期支护监控量测的结果与分析  38-45
    4.2.1 围岩压力  38-39
    4.2.2 喷射混凝土应力  39-40
    4.2.3 钢架应力  40-42
    4.2.4 锚杆轴力  42-43
    4.2.5 净空收敛  43-44
    4.2.6 围岩内部位移  44-45
  4.3 二次衬砌监控量测的结果与分析  45-47
    4.3.1 初期支护与二次衬砌间的接触压力  45
    4.3.2 二次衬砌混凝土应力  45-47
    4.3.3 二次衬砌净空收敛  47
  4.4 两个试验段监控量测的结果汇总分析  47-51
    4.4.1 初期支护监控量测的结果汇总分析  47-49
    4.4.2 二次衬砌监控量测的结果汇总分析  49-51
  4.5 小结  51-52
第五章数值模拟与分析  52-62
  5.1 隧道工程有限元法数值模拟理论  52-55
    5.1.1 计算范围的确定  52
    5.1.2 边界条件和初始地应力场  52-54
    5.1.3 本文有限元模拟采用的本构模型  54-55
    5.1.4 隧道施工过程的模拟  55
  5.2 大埋深段施工过程的数值模拟  55-62
    5.2.1 计算模型及参数  55-57
    5.2.2 计算结果与分析  57-60
    5.2.3 小结  60-62
第六章结论与建议  62-64
  6.1 主要结论  62-63
  6.2 对进一步研究的建议  63-64
参考文献  64-68
攻读硕士学位期间发表的论文及参与的科研项目  68-69
致谢  69

秦岭终南山公路隧道大埋深段施工监控量测与数值分析

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